空分換熱設(shè)備

1、空分換熱設(shè)備換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。交換器。 取暖用的暖氣散熱片；取暖用的暖氣散熱片；汽輪機(jī)裝置中的凝汽器；汽輪機(jī)裝置中的凝汽器；航天火箭上的油冷卻器等。航天火箭上的油冷卻器等。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。 換熱器發(fā)展史換熱器發(fā)展史2主要功能：主要功能：保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。能源利用率的主要設(shè)備之一。 既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器

2、和凝汽器等；既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器器。 3早期：簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇早期：簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。管式換熱器等。管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。典型的換熱器。 4二十世紀(jì)二十世紀(jì)20年代：出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。年代：出現(xiàn)板

3、式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初：瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用年代初：瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。30年代末：瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工年代末：瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。廠。 560年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)

4、的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。 6自自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱

5、管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。7混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器。量交換的換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。液兩流體之間的換熱。可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類8例如，化工廠和發(fā)電廠的涼水塔，熱水由上往下噴淋，而冷例如，化工廠和發(fā)電廠的涼水塔，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或

6、飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時(shí)分離。熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時(shí)分離。 9蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體熱體(填料填料)表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和爐下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷

7、器，多用于空氣分離裝置中。蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。 10間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。式和其他型式。11管式換熱器以管子表面作為傳熱面（蛇管式換熱器、套管管式換熱器以管子表面作為傳熱面（蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器）式換熱器和管殼式換熱器） 板面式換熱器以板面作為傳熱面（

8、板式換熱器、螺旋板換板面式換熱器以板面作為傳熱面（板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等）熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等）其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器（如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器）（如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器）12混合式換熱器：空冷塔、水冷塔、噴淋塔混合式換熱器：空冷塔、水冷塔、噴淋塔蓄熱式換熱器：蓄冷器，蓄熱室蓄熱式換熱器：蓄冷器，蓄熱室間壁式換熱器：熱管，暖氣片間壁式換熱器：熱管，暖氣片換熱器分類：換熱器分類：13混合式換熱器操作的一個(gè)主要因素：混合式

9、換熱器操作的一個(gè)主要因素： 使兩種流體的接觸面積盡可能大，以促使它們之間的熱量交換。使兩種流體的接觸面積盡可能大，以促使它們之間的熱量交換。 為了獲得更大的接觸面積，可在設(shè)備中放置擱柵或填料，為了獲得更大的接觸面積，可在設(shè)備中放置擱柵或填料，有時(shí)也把液體噴成細(xì)滴。有時(shí)也把液體噴成細(xì)滴。 此類設(shè)備通常做成塔狀。此類設(shè)備通常做成塔狀。14蓄熱式換熱器是讓兩種溫度不同的流體先后通過同一蓄熱式換熱器是讓兩種溫度不同的流體先后通過同一種固體填料的表面，如煉焦?fàn)t下方的蓄熱室中放置的種固體填料的表面，如煉焦?fàn)t下方的蓄熱室中放置的多孔格子磚和在制氧裝置中所用的蓄冷器中的卵石等。多孔格子磚和在制氧裝置中所用的蓄

10、冷器中的卵石等。首先讓熱流體通過，把熱量蓄積在填料中，然后，當(dāng)冷流首先讓熱流體通過，把熱量蓄積在填料中，然后，當(dāng)冷流體再通過時(shí)，將熱量帶走，這樣在填料被加熱和冷卻過程體再通過時(shí)，將熱量帶走，這樣在填料被加熱和冷卻過程中進(jìn)行熱流體和冷流體間的熱量傳遞中進(jìn)行熱流體和冷流體間的熱量傳遞15在使用這種換熱器時(shí)，不可避免的會使兩種流體有少量混合，在使用這種換熱器時(shí)，不可避免的會使兩種流體有少量混合，且必然是成對的使用，即當(dāng)一個(gè)通入熱流體時(shí)，另一個(gè)則通且必然是成對的使用，即當(dāng)一個(gè)通入熱流體時(shí)，另一個(gè)則通入冷流體，并靠自動閥進(jìn)行交替切換使生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。入冷流體，并靠自動閥進(jìn)行交替切換使生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。16利用

11、固體壁面將進(jìn)行熱量交換的兩種利用固體壁面將進(jìn)行熱量交換的兩種流體隔開，使它們壁面進(jìn)行傳熱，這流體隔開，使它們壁面進(jìn)行傳熱，這種形式的換熱器使用最廣泛種形式的換熱器使用最廣泛17管式換熱器管式換熱器以圓管為間壁以圓管為間壁板式換熱器板式換熱器 以板作為間壁以板作為間壁板翅式換熱器板翅式換熱器特殊式換熱器特殊式換熱器以特殊形狀作為間壁以特殊形狀作為間壁185.1 傳熱基本方式傳熱基本方式導(dǎo)熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子原子及自由導(dǎo)熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子原子及自由 電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞對流：由于流體的宏觀運(yùn)動，使

12、流體各部分之間發(fā)生相對位移對流：由于流體的宏觀運(yùn)動，使流體各部分之間發(fā)生相對位移 冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞輻射換熱：物體因?yàn)闊岬脑蚨l(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射輻射換熱：物體因?yàn)闊岬脑蚨l(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射 輻射與吸收過程的綜合結(jié)果就造成了以輻射方式進(jìn)輻射與吸收過程的綜合結(jié)果就造成了以輻射方式進(jìn) 行的物質(zhì)間熱量傳遞行的物質(zhì)間熱量傳遞輻射換熱輻射換熱195.2 間壁式換熱器間壁式換熱器傳熱基本方程式傳熱基本方程式Q=K F tQ 單位時(shí)間內(nèi)兩股流體所交換的熱量單位時(shí)間內(nèi)兩股流體所交換的熱量 WK 綜合傳熱系數(shù)綜合傳熱系數(shù) W/m2 KF 換熱面積換

13、熱面積 m2t 冷熱流體溫度差冷熱流體溫度差 t= tf1-tf2 20傳熱過程：傳熱過程： tf1 tw1 tw2 tf2熱流體熱流體壁面壁面1壁面壁面2冷流體冷流體 對流對流 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 對流對流21對流熱阻對流熱阻導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻22 傳熱的實(shí)際計(jì)算傳熱的實(shí)際計(jì)算平均溫差平均溫差tm的計(jì)算的計(jì)算傳熱量傳熱量Q的計(jì)算的計(jì)算傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K的確定的確定23平均溫差平均溫差實(shí)際傳熱過程中，冷熱流體的溫度沿?fù)Q熱面是變化的實(shí)際傳熱過程中，冷熱流體的溫度沿?fù)Q熱面是變化的沿?fù)Q熱器高度方向的溫差也不是常數(shù)，在運(yùn)用方程時(shí)沿?fù)Q熱器高度方向的溫差也不是常數(shù)，在運(yùn)用方程時(shí)需引入平均溫差概念。平均溫差取決與以下四

14、個(gè)因素需引入平均溫差概念。平均溫差取決與以下四個(gè)因素1、換熱器內(nèi)流體的性質(zhì)、換熱器內(nèi)流體的性質(zhì)2、換熱器兩端冷熱流體的溫差、換熱器兩端冷熱流體的溫差3、冷熱流體的流量比、冷熱流體的流量比4、流體的相對流向、流體的相對流向24 順流順流兩股流體平行同向流動兩股流體平行同向流動逆流逆流兩股流體平行逆向流動兩股流體平行逆向流動叉流叉流兩股流體垂直交叉流動兩股流體垂直交叉流動最小最小最大最大居中居中流體相對流向流體相對流向平平 均均 溫溫 差差25對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差算術(shù)平均溫差算術(shù)平均溫差計(jì)算公式計(jì)算公式2627其他復(fù)雜布置時(shí)的平均溫差計(jì)算：其他復(fù)雜布置時(shí)的平均溫差計(jì)算：28熱流體經(jīng)換熱器傳遞給

15、冷流體的熱量稱為熱負(fù)荷熱流體經(jīng)換熱器傳遞給冷流體的熱量稱為熱負(fù)荷Q熱負(fù)荷熱負(fù)荷Q等于熱流體失去的熱量等于熱流體失去的熱量Q1等于冷流體得到的熱量等于冷流體得到的熱量Q229板式換熱器傳熱系數(shù)計(jì)算圓管式換熱器傳熱系數(shù)計(jì)算30例1有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 1=95W/（m2K)壁面厚壁面厚 ，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 2=5800W/（m2K)。設(shè)傳熱壁看作。設(shè)傳熱壁看作平板，試計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱平板，試計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱系數(shù)，并指出強(qiáng)化這一傳熱過程應(yīng)從哪個(gè)環(huán)節(jié)入手？系數(shù)，并指出強(qiáng)化這一傳熱過程

16、應(yīng)從哪個(gè)環(huán)節(jié)入手？31例2一蒸汽鍋爐爐膛中的蒸發(fā)受熱面管壁受到溫度為1000的煙氣加熱，管內(nèi)沸水溫度為200煙氣與受熱面管子外間壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/（m2K)，沸水與內(nèi)壁間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為5000W/（m2K)，忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，管子內(nèi)外徑分別為40mm和52mm，取管子的外表面積作為傳熱面積，試計(jì)算總傳熱系數(shù)和單位管長熱負(fù)荷。32 強(qiáng)化傳熱的措施強(qiáng)化傳熱的措施提高傳熱系數(shù)提高傳熱系數(shù)在總經(jīng)濟(jì)效果有利的條件下增加流速、增加在總經(jīng)濟(jì)效果有利的條件下增加流速、增加 對流體的擾動增加較小的放熱系數(shù)等對流體的擾動增加較小的放熱系數(shù)等增加傳熱面積增加傳熱面積如板翅式換熱器、噴淋塔如板翅式換熱器

17、、噴淋塔加大平均溫差加大平均溫差 同樣的流體溫度應(yīng)采用逆向流動同樣的流體溫度應(yīng)采用逆向流動降低導(dǎo)熱熱阻降低導(dǎo)熱熱阻當(dāng)傳熱壁面結(jié)垢積灰時(shí)，必須清洗維護(hù)以降當(dāng)傳熱壁面結(jié)垢積灰時(shí)，必須清洗維護(hù)以降 低導(dǎo)熱熱阻低導(dǎo)熱熱阻335.2.4 低溫?fù)Q熱器的特點(diǎn)低溫?fù)Q熱器的特點(diǎn)小溫差傳熱小溫差傳熱高效率換熱高效率換熱允許阻力小允許阻力小物性變化激烈物性變化激烈不穩(wěn)定傳熱不穩(wěn)定傳熱345.3 板翅式換熱器板翅式換熱器特點(diǎn)特點(diǎn)又稱緊湊式換熱器，全鋁金屬結(jié)構(gòu)；又稱緊湊式換熱器，全鋁金屬結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、單位體積內(nèi)傳熱面積大；結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、單位體積內(nèi)傳熱面積大；傳熱效率高傳熱效率高 98%99%；阻力小、啟動快；阻力小、啟動快；制造技術(shù)復(fù)雜，容易堵塞，清洗和檢修困難；制造技術(shù)復(fù)雜，容易堵塞，清洗和檢修困難；普遍應(yīng)用于低溫工業(yè)中；普遍應(yīng)用于低溫工業(yè)中；35傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K36傳熱面積傳熱面積我國